Biochimica

LEGAME PEPTICO

Tra gruppo carbossilico e gruppo amminico per condensazione, con perdita di una molecola di H2O (un atomo di idrogeno del gruppo amminico si unisce al gruppo -OH). Si forma un dipeptide, tripeptide, ecc. Peptidi sono proteine piccole, fino a 30 amminoacidi. Poi si chiamano proteine.

Il legame peptidico non è un legame singolo. Il legame C-N ha ordine intermedio tra il singolo e il doppio delocalizzato, tautomeria/risonanza. Non è quindi possibile una rotazione libera intorno ad esso, è un legame rigido con struttura planare. Azoto e Carbonio sono ibridati sp con angoli di 120°. Sono possibili alcune rotazioni intorno al carbonio-α.

Ordini di struttura delle proteine:

• La sequenza lineare di amminoacidi determina la struttura primaria.
• La sequenza delle catene laterali di questa sequenza lineare determina tutte le strutture successive e le proprietà/funzioni della proteina.
• Interazioni deboli tra i gruppi R determinano la struttura secondaria.

Si può...

avere:

• α-elica, con struttura elicoidale
• β-foglietto che può essere parallelo o antiparallelo (in base alla sequenza primaria parallela o no).

Sono entrambe strutture rigide e stabili grazie ai legami idrogeno.

• Random coil, una struttura disordinata, flessibile. È utilizzato come tratto di giunzione tra strutture secondarie differenti.
• ripiegamenti β-turns , dove la sequenza amminoacidica inverte direzione.

Diagramma di Ramachandran: studiando gli angoli di rotazione intorno al carbonio-α, individuo delle regioni nelle quali giacciono particolari strutture secondarie.

Struttura terziaria Struttura finale della proteina: avvolgimento tra più strutture secondarie che dà luogo a organizzazioni tridimensionali. È determinata dalle interazioni a lunga distanza tra residui amminoacidici molto lontani nella struttura primaria che, tramite ripiegamenti, danno luogo a specifiche geometrie. Le interazioni sono principalmente legami

A idrogeno, interazioni ioniche e dipolo-dipolo. Ci sono anche ponti disolfuro S-S che conferiscono ulteriore stabilità alla struttura. Si instaurano tra due residui di cisteina, generando un residuo di cistina. Legami molto presenti nei batteri termofili, che sopravvivono anche a temperature estreme.

I domini sono organizzazioni tridimensionali di più strutture secondarie, generalmente con specifica funzione biologica. Negli enzimi, ad esempio, un dominio catalitico, dove viene riconosciuto il substrato, e un dominio regolatorio dove possono agire inibitori o attivatori dell'enzima.

Struttura quaternaria: interazioni tra proteine (subunità) che stanno insieme con legami deboli (idrogeno, forze di Van der Waals) o forti (ionico).

Rappresentazioni della proteina:

• Back bone: rappresentazione spaziale degli atomi coinvolti
• Ribbon: in evidenza le differenti strutture secondarie
• Space filling: in evidenza la forma globale e il volume della proteina, spesso si identificano

anche i domini Esempi di proteine:

Collagene– principale proteina nel tessuto connettivo degli animali. È la più abbondante nei mammiferi.

L’unità strutturale è il tropocollagene, formato da tre catene polipeptidiche avvolte in una tripla elicadestrorsa. Il tropocollagene forma le miofibrille che, a loro volta, formano le fibrille che costituiscono la fibradi collagene.

Ha un amminoacido modificato, l’idrossiprolina (modifiche post-traduzionali). È una struttura rigida grazie alla prolina o idrossiprolina. I filamenti di tropocollagene sono uniti da legamiidrogeno e hanno sequenze ripetute di glicina-prolina-X e glicina-X-idrossiprolina.

Mioglobina– proteina delle fibre muscolari che favorisce una rapida diffusione di ossigeno. Conferisce ilcaratteristico colore rosso dovuto al gruppo eme (gruppo contenuto nei pigmenti respiratori che contiene2+Fe ).

Actina e miosina– costituiscono il muscolo. La loro interazione permette il movimento.

2+Caseine→ proteine del latte. Costituita da fosfoproteine che precipitano a pH<4,6 o in presenza di Ca .Siero→ contiene le proteine del latte che non precipitano. La più importante è la β-lattoglobulina.[esempio del Grana padano→ animali nutriti con mangimi, si possono trovare spore di un batterio particolarmente stabile→ I batteri, una volta nella forma, digeriscono il formaggio rilasciando gas→ gonfioretardivo che spacca la forma del formaggio. Si usa il lisozima per digerire la parete batterica, esso può agire da antigene perché proveniente dall'uovo]Valore nutritivo→ determinato dalla presenza degli amminoacidi essenziali. Se sono presenti in quantità inferiore a quella richiesta vengono detti amminoacidi limitantiProteine complete (nobili) di origine animale e proteine incomplete di origine vegetale che non contengono una composizione in amminoacidi essenziali sovrapponibile a quella necessaria al corpo umano.Gliamminoacidi essenziali devono essere assunti giornalmente perché non esistono sistemi di riserva per conservarli (come il glucosio e lipidi). La qualità delle proteine alimentari dipende da:

• Valore biologico - frazione di composti azotati assorbiti che non vengono eliminati. È pari a N_trattenuto / N_assorbito.
• Coefficiente di utilizzazione digestiva (digeribilità) - frazione di composti azotati ingeriti che vengono assorbiti.
• Utilizzazione proteica netta - frazione di composti azotati ingeriti che vengono utilizzati (valore biologico x digeribilità).

Esempi di malattie:

• Kwashiorkor - insufficiente apporto di amminoacidi essenziali.
• Encefalopatia spongiforme bovina - infezione dovuta all'alimentazione dell'animale con farine contenenti cervelli di animali già ammalati. Non si spiega perché la proteina, una volta digerita, vada nel cervello.

Separazione tra proteine in base a:

• Carica elettrica.
• Dimensioni. Tramite.

sferette di resina che formano una maglia.

Rapporto carica/massa. Si utilizza l'elettroforesi. C'è un gel bidimensionale che forma un reticolo e si applica una differenza di potenziale. Si delineano profili elettroforetici diversi.

Denaturazione proteica

La proteina perde la sua struttura tridimensionale ordinata e si disorganizza, assumendo diverse strutture disordinate e generalmente meno compatte (legami peptidici rimangono inalterati).

Può succedere per variazioni di: temperatura, pH, concentrazione salina, forza di stiramento, solventi organici.

È un processo irreversibile, non si può tornare allo stato nativo. [Per gli enzimi digestivi non è grave perché vengono rigenerati velocemente.]

È un fenomeno cooperativo in cui ogni parziale perdita di compattezza destabilizza la parte rimanente della proteina, che velocemente collassa a random coil (si può arrivare a perdere fino alla struttura secondaria).

La ribonucleasi

è l'unico enzima che va incontro a denaturazione reversibile. Conseguenze: - Perde la sua funzione. - Spesso proteine in fase di denaturazione aggregano e precipitano (es: caseine). - Distruzione di agenti patogeni e tossine. - Miglioramento della digeribilità. - Diminuzione della solubilità. - Cambia l'aspetto e la tessitura dell'alimento. Punto isoelettrico (pI) -> valore di pH al quale la proteina ha carica elettrica nulla. Dipende dalla natura degli amminoacidi (dalla loro catena laterale). Se il pH è più acido del pI, la proteina ha carica positiva, viceversa ha carica negativa. ENZIMI Proteine che possono fungere da catalizzatori nei sistemi biologici. Cofattori: gruppi prostetici che rendono possibile l'attività enzimatica. Possono essere ioni inorganici o molecole organiche (coenzimi, partecipano direttamente al processo di catalisi). Enzima privo di cofattore è un apoenzima. Quando si lega diventa

olenzima. Diverse classi in base al tipo di reazione catalizzata Classificazione EC (associa un numero EC).

Catalisi enzima può semplicemente legare il substrato o può anche stabilizzare il complesso attivato (stato di transizione, intermedio ad alta energia) facilitando la reazione.

Interazione enzima-substrato:

• Modello chiave-serratura: enzima e substrato hanno una forma esattamente complementare per un incastro perfetto. Spiega la specificità degli enzimi ma non la stabilizzazione dello stato di transizione. È il primo modello proposto da Fischer nel 1894.
• Modello dell'adattamento indotto. Modello di Koshland del 1958. Flessibilità di enzimi che rimodellano il sito attivo per portare a un legame con il substrato più stabile.

Riconoscimento enzima-substrato Sito attivo ha opportuni residui amminoacidici (specificità degli enzimi), interazioni deboli con la molecola del substrato

Isoenzima enzimi che catalizzano la stessa

reazione ma hanno struttura e proprietà chimico-fisiche diverse. Possono trovarsi in individui diversi o in distretti cellulari diversi dello stesso organismo. Possono derivare da geni differenti, da modificazioni post-traduzionali diverse o dall'assemblaggio diverso di subunità. Un esempio è la lattico-deidrogenasi (LDH). Ha 5 differenti isoenzimi. Se trovo un particolare isoenzima nel sangue, questo indica un danno a carico dell'organo in cui questa prevale. Cinetica enzimatica Con l'aggiunta di un enzima, il grafico dell'andamento della velocità in base alla variazione del substrato ([S], v) non è più una dipendenza lineare, ma un'iperbole. Nel grafico della variazione di concentrazione del prodotto nel tempo ([P], t cioè la velocità) si ha una crescita iniziale lineare. La velocità si calcola in questi primi istanti. Complesso enzima-substrato è in equilibrio con sistema enzima libero e

substrato libero. Il substrato si trasforma in prodotto. Anche questa fase è in equilibrio con il sistema di prodotto e substrato libero (e anche con le fasi precedenti).

Modello semplificato di Michaelis e Mentenconsidera solo un substrato e un prodotto (anche se in generale vengono catalizzate reazioni con più substrati e prodotti).

Descrive l'andamento della velocità (di una reazione con un enzima) in base alla variazione di concentrazione del substrato.

L'equazione di Michaelis- Menten descrive un'iperbole rettangolare che ha come asintoto V.max. La metà di V si raggiunge a una concentrazione di S pari a Km.max. Km è indipendente dalla concentrazione dell'enzima. Minore è Km, maggiore è l'affinità dell'enzima per il substrato. V indica la velocità raggiunta dall'enzima in condizioni di massima saturazione (non c'è